半导体制冷温控冰箱的研究与制作

摘 要

为享受炎日下阵阵的凉意；为生活的食物能更加长久的贮存；为生活的物品变得更加简便，在这些种种的需求中，温控小冰箱由此而被制造。温控小冰箱的由来没有发明类物品来的复杂，它是结合了前人种种的研究与积累，不断的经过改造而制造出来的。它是利用了“帕尔贴”的原理来实现制冷的，制冷功能与传统的冰箱制冷功能并无太大差别；然而，它占据体积少，构件简单等优点而深得人们喜爱。

【关键词】需求 积累 珀尔帖 喜爱

1 温控小冰箱的由来

古时人们无法将手中食物长久保存，无法于炎日下享受阵阵凉意；而今我们不但能常尝到鲜甜的食物，更能随时随地的感受冰凉的快感，这一切都归咎于人们的智慧与不断的尝试。别的国家不说，就中国而言，据史书记载，中国在商代（公元前17世纪初一前11世纪）已懂得用冰块制冷保存食品了。正因昨日种种，让人类在制冷与控温这方面的知识不断积累，成就了如今形状各异，功能繁多的冰箱。而今，我们站在“巨人”的肩膀上，运用他们的知识，集他们的经验，我们最后制造出外形简便，功能与普通冰箱大致相同的温控冰箱。换另一种说法，这可能就是平常冰箱的缩小版。如果说普通冰箱是时代进步的象征，那么温控冰箱就是时代创新的杰作。

2 温控小冰箱的工作原理

随着时代的发展，对于现代人来说“节约，环保，便捷”已经成为他们所追求的生活。就普通冰箱与温控小冰箱对比，我们都知道普通冰箱不仅体积“庞大”，耗能高，更重要的是现有冰箱使用的氟利昂冷剂，对我们生活的环境存在着污染问题。为了寻求解决这方面问题的方法，经过科学家们的研究，最终发现利用帕尔贴效应的（热电）半导体制冷器件来克服以上这些问题。由于珀尔帖效应的半导体制冷器件体积小，制冷功能与氟利昂制冷剂的大致相同，而且容易安装在密封体积小的容器内形成独特的、同样有制冷功能，满足大众人群需求的小冰箱。如果在外安装一个温度的控制系统，那就能通过手动来实现对冰箱内部的温度进行控制，从而满足一部分人对温度的需求。

我们现在所知道的是冰箱的应用越来越广泛，然而更多的人是不知道它们是如何去工作的。普通的冰箱利用的只是氟利昂制冷剂对冰箱内部进行降温，最后达到制冷的效果。然而，温控小冰箱的制冷方法就与普通冰箱的就完全不同，前者用的是化学剂制冷，后者用的是半导体制冷。温控小冰箱利用的就是这种方法改造而成的。总所周知，金属的导热与制冷都是比较差的，而半导体材料在这两个方面都占有一定的优势，因而选择了半导体材料，半导体就是利用当两种不同的导体A和B组成的电路且通有直流电时，在接头处除焦耳热以外还会释放出某种其它的热量，而另一个接头处则吸收热量，且帕尔帖效应所引起的这种现象是可逆的，改变电流方向时，放热和吸热的接头也随之改变，正是利用了这个原理，我们不但可以实现对冰箱内的温度进行制冷，而且其中的温度还可调。若处于理想的状态下，冰箱还能够加热。

3 温控小冰箱的构造

温控小冰箱主要的构造是由箱体、制冷装置和控制系统三大部分组成的。

箱体采用的是一个长45cm、宽30cm、高35cm可开盖的泡沫箱制成的，其厚度约3cm左右。采用泡沫作为箱体主要是因为泡沫的保温功能很好，密封程度也较高，容易做到制冷的效果。

制冷装置用到主要是半导体制冷片，该制冷片的面积大约为13cm*10cm，如此能更好的提高冰箱的制冷效率。将其与散热风扇结合，已达到更好的散热功能，最后将以结合好的制冷片安装于冰箱内部，散热风扇置于冰箱外部。

控制系统：单片机，继电器等。对于冰箱内部温度的调整，可以通过改变电流的大小，从而达到改变半导体材料的制冷效率，要实现改变电流的功能，我们可用单片机来对此进行控制。对于小冰箱内部的亮度，可在冰箱内部安装三到四个发光二极管，让其与继电器相连，在冰箱外部通上8v到12v左右的电压，让发光二极管能够得电，而继电器主要控制冰箱门开时能接通电路，让二极管发光；当冰箱门关闭时，使电路断开，让二极管断电熄灭。

温控冰箱的构造不单单只是这三个方面，除了这几个构件外，为了能更好的做好保温工作：在冰箱内部铺一层薄薄的铝箔；为了得到合适的电压：将220V电压通过可控整流电路得到合适的电压。

4 温控小冰箱的优点

（1）结构简单，尺寸小，重量轻，无任何机械部分。

（2）工作中无噪声，通过调节工作电流的大小可调节制冷效率。

（3）切换电流方向，能够使制冷器从制冷状态转换成制热状态，并且作用速度快；

（4）使用寿命长，且易于控制。

（51）对大气无污染，环保，节能。

5 应用范围

（1）适合于不宽敞的地方，如：学生宿舍，单身人士等。

（2）各种车辆，可做成车载冰箱，随时为车内之人提供冷藏食品和饮料。

（3）野外露营，旅游，野炊等场合也使用。

6 功耗的分析

根据制作小冰箱到现在，可观察到的冰箱内部数据最低为负五度左右，但是随着时间的推移，这个数据开始慢慢的上升。在不断地查阅资料后发现：冰箱的制冷源是具有帕尔帖效应的半导体元件，其制冷的效率并不是特别的高，将物品降至所需温度消耗的电能比普通冰箱的多十几倍。要降低消耗，首先要做到的是尽量让冰箱能够保温；其次，从安装材料上分析，要选择电阻较低的金属材料；最后，应该在加工工艺和安装上下功夫，安装时尽量减少不必要的材料，减少冰箱内电阻的消耗，从而减少不必要的功耗。

7 结论

经过对半导体冰箱的研究与分析，对温控冰箱的动手制作，得出以下结论：

（1）温控小冰箱用半导体制冷，解决了传统冰箱释放的氟利昂气体污染环境的问题；

（2）冰箱的容积不能太大（高于100升，其制冷效果明显降低，耗电量增加）。冰箱制冷效率跟散热系统的散热能力有很重要关系，一般散热系统散热能力越强冰箱的制冷效率越高。

（3）因半导体制冷具有很多的优越性，半导体的发展也非常迅猛，所以相信随着半导体制冷技术的发展，半导体产品会在市场上占有较大的份额；

温控冰箱的仍然存在诸多需要改善的地方，在未来发展的道路上，它的发展空间很大，如果将冰箱与现代的科技结合起来，或者温控小冰箱会完全展示出它的价值。

参考文献

[1]徐德胜.半导体与应用技术[M].上海：上海交通大学出版社，1992.

[2]周永安，欧林林.半导体制冷冰箱的研究[J].真空与低温，2001（04）.

作者单位

广东工程职业技术学院 广东省广州市 510520